skin-effekt (original) (raw)

Skin-effekt er i elektroteknikken det forhold, at en højfrekvent vekselstrøm fortrinsvis løber i et tyndt overfladelag af en leder. I en leder med cirkulært tværsnit løber vekselstrømmen således i et tyndt, rørformet lag under overfladen, der er karakteriseret ved den såkaldte skindybde.

Faktaboks

Etymologi

Ordets første led er engelsk skin 'hud; ydre lag'.

Også kendt som

skineffekt; strømfortrængning

Skindybde

Skindybden (δ) afhænger af strømmens frekvens, lederens ledningsevne samt lederens permeabilitet, der er udtryk for lederens magnetisering som følge af et påtrykt ydre felt. Skindybden er omvendt proportional til kvadratroden af ovenstående tre parametres produkt.

Dæmpningen af strøm som funktion af dybde i lederen er en eksponentiel dæmpning. Hvis strømmen på overfladen er 1, vil den i dybden δ være dæmpet til 1/e, hvor e er grundtallet for den naturlige logaritme (e=2.718281828...), dvs. ca. til 37 % af feltet på overfladen. I dybden 2δ vil feltet være dæmpet til 1/e2 af overfladefeltet dvs. ca. 14 %. ved en dybde på 4δ er der kun ca. 2 % af overfladefeltet tilbage. Det vil sige, at ca. 98 % af strømmen løber i området under 4δ fra overfladen.

Betydning for transmission af vekselspændinger

Konsekvensen af skineffekten er, at lederens dybere lag ikke bidrager til strømmens transport, hvilket giver højere resistans og dermed større effekttab end for jævnstrøm, hvor hele tværsnittet bidrager til strømtransporten. Tabet vokser med kvadratroden af strømmens frekvens. For at mindske effekten anvender man ofte ledere, der består af mange tynde ledere, som er snoet sammen for at øge lederens overflade.

Som beskrevet ovenfor indgår lederens permeabilitet på lige fod med frekvens og ledningsevne. For eksempel har jern en permabilitet, der er meget høj. Det gør jern til et meget dårligt materialevalg til transmission af vekselstrømme med en frekvens over 60 Hz. Derfor anvendes jern kun i vekselstrømskabler for at give mekanisk styrke til tråde af fx aluminium eller kobber, der begge har meget høj ledningsevne og lav permeabilitet.

Betydning for transmission af elektromagnetiske bølger

Den samme dæmpning gør sig gældende ved transmission af elektromagnetiske bølger gennem ledere.

For en perfekt isolator (hvor ledningsevnen er nul) er skindybden uendelig, dvs. en radiobølge trænger uhindret igennem. For en superleder, der har uendelig stor ledningsevne, er skindybden nul, dvs. at elektromagnetisk stråling overhovedet ikke kan trænge ind i en superleder, og al vekselspænding løber på overfladen.

For fx havvand er skindybden ca. 1 meter ved en frekvens på ca. 60 kHz. Ved den ekstremt lave radiofrekvens 6 Hz vil skindybden være ca. 100 m, hvilket muliggør kommunikation med neddykkede ubåde.

For sølv, der har meget høj ledningsevne men lav permeabilitet, er skindybden ca. 0,06 mm ved en frekvens på 1 MHz. Ved den samme frekvens har nikkel, der har en lavere ledningsevne, men til gengæld meget højere permeabilitet, da nikkel er ferromagnetisk, en skindybde på kun 0,005 mm.

Læs mere i Lex

Kommentarer (3)